スピン軌道相互作用を含めた電子状態の計算を行います。

スピン軌道相互作用を含めた電子状態を計算する場合、相対論的効果を含んだ擬ポテンシャルをダウンロードします。 擬ポテンシャルに相対論的効果が含まれて、スピン軌道相互作用の計算に使えるかどうかは、擬ポテンシャルの説明に「full relativistic」という説明があるかどうかで判断できます。 scalar relativisticですと、擬ポテンシャルの作成にスピン軌道相互作用は入っていますが、SCF計算にスピン軌道相互作用を入れることができません。 ここではPt.rel-pz-n-rrkjus.UPFという擬ポテンシャルを使うことにします。

単体のプラチナの結晶構造は面心立方格子です。 次の入力ファイルを作成します。 systemのところにlspinorb, noncolin, starting_magnetizationが追加されます。

Pt.scf.in

&control
  calculation = 'scf',
  prefix='Pt',
  pseudo_dir = './',
  outdir='./',
/
&system
  ibrav=2, celldm(1)=7.42, nat=1, ntyp=1,
  lspinorb=.true.,
  noncolin=.true.,
  starting_magnetization(1)=0.0,
  occupations='smearing',
  degauss =0.02,
  smearing='mp',
  ecutwfc =30.0,
  ecutrho =240.0,
/
&electrons
/
ATOMIC_SPECIES
  Pt  0.0   Pt.rel-pz-n-rrkjus.UPF
ATOMIC_POSITIONS
  Pt  0.0000000   0.00000000   0.0
K_POINTS AUTOMATIC
  4 4 4 1 1 1

スピン軌道結合の計算では磁化を必ず指定しないといけませんが、プラチナは磁性体ではないので starting_magnetization(1) = 0.0 としておきます。 また lspinorb と noncolin を .true. にしておく必要があります。 それぞれ次を意味します。

実行は次のようにします

$ pw.x < Pt.scf.in > Pt.scf.out

バンドを書いたりするのは今までと同様に計算できます。

鉄Feは強磁性体ですのでstarting_magnetizationを有限の値にする必要があります。 擬ポテンシャルにはFe.rel-pbe-kjpaw.UPFを使います。

Fe.scf.in

&control
  calculation = 'scf'
  pseudo_dir = './',
  outdir='./tmp/',
/
&system    
  ibrav=  3, 
  celldm(1) =5.42, 
  nat=  1, 
  ntyp= 1,
  noncolin=.true.
  lspinorb=.true.
  starting_magnetization(1)=0.5,
  occupations='smearing',
  smearing='mp',
  degauss=0.04,
  ecutwfc =40.0, 
  ecutrho =320.0,
/
&electrons
/
ATOMIC_SPECIES
  Fe  0.0    Fe.rel-pbe-kjpaw.UPF
ATOMIC_POSITIONS
  Fe  0.0000000   0.00000000   0.0  
K_POINTS AUTOMATIC
  8 8 8 1 1 1 

$ pw.x < Fe.scf.in > Fe.scf.out